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上册第三章第3节认识简单机械

发布时间:2013-10-31 10:34:58  

【本讲教育信息】

一. 教学内容:

认识简单机械

二、考点清单

(一)学习目标:

1、了解杠杆的历史及发展过程;认识机械的使用对社会发展的作用。

2、知道杠杆是一种简单机械,能找出杠杆的五要素:支点、阻力、阻力臂、动力、动力臂。

3、理解杠杆的平衡条件,知道杠杆省力或费力的原因,知道杠杆使用过程中的能量转化过程。

4、了解定滑轮、动滑轮的工作原理,知道定滑轮、动滑轮的实质是一个杠杆,了解滑轮组及其工作原理。

5、理解机械效率,知道有用功、无用功和总功的区别,学习测量简单机械的机械效率。

(二)重难点分析:

重点:认识杠杆、定滑轮、动滑轮和滑轮组等简单机械的工作原理和实质

难点:理解机械效率,知道有用功、无用功和总功的区别,学习测量和计算简单机械的机械效率。

三、全面突破

【知识点1】杠杆的初步认识:

1、定义:

①一根硬棒(软棒会形变.此棒可以不是直的)如果在力的作用下,能绕固定点转动,这根硬棒就叫做杠杆.

②支点:使杠杆绕着转动的固定点叫做支点

③动力:使杠杆转动的力F1

阻力:阻碍杠杆转动的力F2

动力臂:从支点到动力作用线的距离l1(与力的方向有关)

阻力臂:从支点到阻力作用线的距离l2

1

2、绘图

(1)画力臂的方法

①辨认杠杆

②找支点

③把力画出来

④画点到线的距离(力臂)

(2)注意事项

①力是实线

②力臂、辅助线是虚线

③力臂与力连接处要画垂直符号

④动力的作用点一定要在杠杆上

⑤当阻力为某物体重力时,阻力作用点要为该物体中心.

⑥人肌肉上的杠杆,动力的方向应是顺着肌肉的方向

⑦扫地、钓鱼等支点为握住杠杆的较后方的手,动力来自于较前方的手.

(3)图例: F2

2

3、研究杠杆的平衡

①把杠杆的中央支在支架上,调节螺母(都往右拧),使杠杆在水平位置平衡

3

②两端挂上不同数量的钩码,左右移动钩码的位置直至平衡 ③得到公式F1l1?F2l2,得到推导式F1l2? F2l1

④之所以原来要水平位置平衡,是因为倾斜时无法得知是否和原来倾斜程度一样,也不方便直接知道力臂。

⑤单位不限制

4、省力和费力杠杆

④无法省功

【典型例题】

例1. 小柯积极参加体育锻炼。

(1)图甲所示为小柯初学俯卧撑时的姿势,图乙所示为他经练习后的俯卧撑姿势。图乙中小柯双手所受的支持力_______(填“>”、“=”或“<”)图甲的情况。

(2)图乙中,他的身体可作为一个杠杆,O点是支点。他的质量为50千克,所受重力可视为集中在A点。

将身体撑起时,地面对双手的支持力至少多大?

若撑起时肩部上升0.4米,他至少克服重力做多少功?

(取g=10牛/千克)

解析:这是一道综合考查功和杠杆的计算题,关键在于公式的运用与变形推导,具体的演算过程参见答案解析。

4

答案:(1)>

(2)体重G=mg=50千克×10牛/千克=500牛

根据杠杆平衡条件F1l1=F2l2得:

地面对双手的支持力F1=F2l2/l1=Gl2/l1

=(500牛×0.8米)/(0.4米+0.8米)

=333.33牛

克服重力做功W=Fs=333.33牛×0.4米=133.332焦

例2. 在海南举办的大力士比赛中,有一个项目是把车轮推上台阶。下面把车轮推上台阶的四种方法,推力的作用点相同,推力的方向不同,如图所示,则哪一种推法最省力( )

解析:这是一道实图分析题,从图中不难看出这个车轮相当于一个杠杆,大力士的推力是动力,车轮的重力是阻力。要使大力士最省力,则大力士的力臂应该最长,通过作图,大致画出力臂,就能判断出C答案中的力臂最长,所以这种情况下最省力。

答案:C

例3. 图甲所示的是现在比较流行的新型拖把,只需要用手在A处向上拉动即可把海绵拧干,非常方便卫生。这里拉杆ABC是 (选填省力或费力)杠杆。从图乙海绵的形状变化可说明 。

解析:这是一道实物分析题。这种海绵拖把很多同学都应该使用过,从使用的经验可以快速得出,人轻轻一拉A点即可拧干拖把,由此可以快速推断拉杆ABC是省力杠杆,第二问是考查力的作用效果,由题可以说明力能改变物体的形状。

答案:省力 力能改变物体的形状

【知识点2】滑轮:

1. 滑轮――周边有槽,可以绕着中心轴转动的轮子,属于一种简单机械。

2. 定滑轮

(1)特点

①可以改变力的方向

②F?G物(忽略摩擦的情况下)

5

③S?h物(物体移动的距离) ④不省力也不省距离。 ⑤滑轮转动不移动

(2)实质

①实质是一个等臂杠杆

②滑轮圆心为O

③拉力和G物分别为F1、F2

④l1、l2都为半径

⑤拉力方向改变,力的大小不变.(因为力一直与圆相切)

3. 动滑轮

(1)特点

①F?G总/2(滑轮+钩码)

②S?2h物

③力的方向应为竖直向上,否则有误差.

④作用在中心的力是两端力的和

.

(2)实质

①实质是一个省力杠杆

②固定端绳子与滑轮切点为O

③拉力和G总分别为F1、F2

4. 滑轮组

(1)定滑轮和动滑轮组合起来使用的一种简单机械。用滑轮组既可以省力又可以改变力的方向。

(2)关于n的规律:

①奇动偶定:n为奇数,则滑轮组从动滑轮开始绕起;n为偶数,则滑轮组从定滑轮开始绕起。

②n=2N动或n=2N动+1(动滑轮的挂钩上可能挂绳子):其中N代表动滑轮个数,n代表绳子股(段)数。

③F=1G总 n

6

④s=nh物

小结:使用滑轮组时,重物和动滑轮的总重由几段绳子承担,提起重物所用的力就是总重的几分之一,拉力移动的距离就是重物移动距离的几倍。

【典型例题】

例1. 下列各图中利用了动滑轮的是( )

解析:这是一道滑轮的识别题,充分理解动滑轮和定滑轮的定义显得非常重要,动滑轮的轴是和物体一块移动的,而定滑轮的轴是固定不动的,由此可以看出A、B、C三图中的滑轮的轴都是固定不动的,只有D图中的滑轮的轴是向上移动的,所以选择D。 答案:D

例2. 某同学在“研究动滑轮特点”的实验时,进行了正确操作,并记录数据如下表,分析数据后发现,实验结果与课本中“使用动滑轮能省一半力”的结论不符。面对这一事实,下列做法中最不可取的是( ) ....

7

A. 与同学分析可能原因

B. 实验失败,停止实验

C. 改进实验条件,重新实验

D. 查阅资料,了解结论的适用条件

解析:这道题重在考查动滑轮的知识和优秀的实验品格,从四个答案中不难看出B答案是一种不好的实验品格,我们不能迷信课本,更不能轻易否定自己的实验结论,所以“实验失败,停止实验”是不可取的。

答案:B

例3. 台风是一种破坏力很大的灾害性天气。某次台风把市民公园的一棵大树吹倒了,需要两个工人把它扶起,工人们想到了下列图示四种方案,每个人所需拉力最小的方案是( )

解析:这道题综合考查了滑轮和功的知识,首先同学们要看懂C和D两图都是直接拉吹倒了的树,基本上没有省力,所以排除。A和B两图都利用另一棵没倒的树来拉倒了的树,这时倒了的树就相当于动滑轮,而动滑轮是可以省一半力的,但A 和B两图又是有差异的,A图绳子绑得过低,意味着要多用力克服树的重力做功,所以B图最省力。 答案:B

【知识点3】机械效率:

1、公式

①必须要做的这部分功叫做有用功;虽然不需要,但又不得不做的那部分功叫额外功或无用功;两者的总和叫总功。

W总=W有用+W额外 ??W有用

W总?100%

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②对于滑轮组而言的公式运用(不可直接用):η?

W有用W总W有用W总

?

G物hFsG物hFL

?

G物nF

③对于斜面而言的推导公式(拓展,不要求):η?

?

2、特点

①η永远小于1(因为永远有摩擦,所以永远有额外功) ②不同条件下,同一机械的η可能不同. ③斜面坡度越陡, η越大,与G物无关. 3、改变η:

①加润滑剂?减少f②用轻质材料制动滑轮

?

少W额?提升? ?减

?减少G动?

【典型例题】

例1. 杭州市政府投巨资于民生工程,对背街小巷实施景观改造。施工中,一建筑工人用

滑轮组提升重为220N的泥桶,动滑轮重为20N,不计摩擦及绳重(如下图所示)。若工人在5s内将泥桶匀速提高2m.求:

(1)工人使用滑轮组时做的有用功为焦。

(2)工人拉绳子的力为 (3)滑轮组的机械效率为

解析:这是一道针对滑轮组机械效率的计算题,充分理解题意最为重要,首先要明确这个滑轮组是由三段绳子绕成的,接下来的步骤见答案解析。 答案:(1)W有用 =G物h=220N×2m=440J

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(2)F=(G物+G动)/3=(220N+20N)/3=80N s=3h=3×2m=6m

W总=Fs=80N×6m=480J

P=W/t=480J /5s=96 W

(3)η= W有用 / W总×100%=440J /480J =91.67%

例2. 小明同学为了探究“放在斜面上的物体对斜面的压力跟斜面倾斜程度的关系”,进行了实验,步骤如下:① 用双面胶将一个200克的钩码固定在1米长的塑料直尺的中间,将直尺的一头固定在桌子的一端,如图甲所示;② 缓缓抬起右端,让直尺与水平方向有一定的夹角,如图乙所示;③ 继续抬高右端,增大直尺与水平方向的夹角,如图丙所示。

(1)该实验中,小明是通过来判断物体对斜面压力的大小;

(2)分析三次实验的现象,可以得出的结论是。

解析:这道题重在考查对斜面的认识,从题意不难明确小明是想通过观察直尺的形变程度来判断物体对斜面压力的大小;最后从图中的三次实验现象,可以得出的结论是斜面上的物体对斜面的压力随斜面倾斜程度增大而减小。

答案:(1)尺子形变程度 (2)斜面上的物体对斜面的压力随斜面倾斜程度增大而减小。

例3. 如图所示,建筑工人用滑轮提升重320牛的泥袋。滑轮重20牛,不计摩擦与绳重。在拉力的作用下,物体以0.1米/秒的速度匀速上升,则建筑工人的拉力为__________牛。在10秒内建筑工人所做的功为

解析:这道题综合考查了滑轮和功的知识,F=(G物+G动)/2=(320N+20N)/2=170N s=2h=2×vt=2×0.1m/s×10s=2m

W=Fs=170N×2m=340J

答案:170 340

四、应考锦囊

简单机械这一知识点是中考的必考内容,它可以和前面的功和功率的计算综合考查,也

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可以和七、八年级所学的力学知识一同出现。其难度基本上定位在中等题上,有个别市会把这一知识点出成压轴题或自选题,所以同学们要针对这一知识点多做一些计算题,每种题型都接触过,基本上也就找到做题方法和思路切入点,那么在中考中就不会紧张。同时要对一些公式变形熟练掌握。

五、本讲小结

1、明确杠杆的定义和平衡条件公式的运用。

2、明确机械效率的计算过程,思维步骤和注意事项。

3、理解各种滑轮的作用和特点,能根据需要熟练选择滑轮。

六、超前思维

下次上课前请同学们做好以下准备:

动能和势能;物体的内能

(一)学习目标:

1、知道物体由于运动而具有的能叫动能,知道动能的大小与物体的质量和运动速度有关

2、知道重力势能及重力势能的决定因素,了解弹性势能及弹性势能的决定因素

3、能用实例说明物体的动能和势能以及它们的转化,了解机械能和其他形式的能的转化实例

4、了解内能的概念

5、理解做功和热传递是改变内能的两种方法,知道做功和热传递过程中能量转化和转移的实质

6、知道热量的概念,知道功和热量都可以用来量度内能的变化,知道燃料的热值

(二)阅读内容:课本90~99页

(三)带着问题上课堂:

1、机械能包括哪两种类型?各有何特点?

2、改变物体内能的方法有哪些?

(四)牛刀小试:

1. 物体由于__________而具有的能叫做动能。

2. 势能可分为__________势能和__________势能。物体由于被举高而具有的势能叫做__________。物体由于发生形变而具有的势能叫做__________

3. 物体内部大量做__________的粒子也具有能,这种能叫做内能,我们以前提到的热能就是内能的__________。

4. 改变物体内能的方法有__________和__________,这两种方法对改变物体的内能是__________的。

5. 从能量的转化看,燃料燃烧释放热量的过程,就是将贮存在燃料中的__________能转化为__________能的过程。

【模拟试题】(答题时间:40分钟)

一. 填空题

1. 如图1所示为一把镊子,使用时支点在字母 处,动力作用在字母(填“省力”或“费力”)杠杆。

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2. 用图2所示的动滑轮提起200N的水箱,绳子B承受的拉力为A的动力为 (不计动滑轮、绳子的重力和绳子与滑轮的摩擦力)。

3. 用10N的水平拉力,使质量为10kg的物体沿水平方向匀速前进l0m,用了10s,则拉力做功 J,重力做功 ,拉力的功率为 W。

4. 将一根粗细均匀的木棍放在水平地面上,稍微抬起一端时,至少需要用196N的力,则木棍的重力为 。

5. 体重为600N的人,用定滑轮“能”或“不能”)提起800N的重物,用定滑轮能提起 的重物(不计绳子与滑轮的摩擦力)。

*6. 如图3的滑轮组,已知物重350N,动滑轮重40N(绳重及摩擦不计),若重物匀速提升2m,则拉力F= ,额外功是 J,滑轮组的机械效率是 。提升重物再增加20N,那么该装置的机械效率将 。

二. 选择题

7. 将一根木头的一端搁在地上,另一端始终用竖直向上的力F向上抬起,在抬起的过程中,F的力臂大小将( )

A. 保持不变 B. 逐渐增大 C. 逐渐减少 D. 先减小后增大

8. 密度均匀的直尺AB放在水平桌面上,尺子伸出桌面的部分OB是全尺长的三分之一。当B端挂5N的重物G时,直尺的A端刚刚开始翘起,如图4所示,则此直尺受到的重力是( )

A. 2.5N B. 5N C. 10N D. 无法确定

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9. 关于滑轮,下列说法中错误的是( )

A. 使用定滑轮不省力但能改变动力方向

B. 使用动滑轮能省一半力,还能改变动力的方向

C. 定滑轮实质是个等臂杠杆

D. 动滑轮实质是个动力臂为阻力臂两倍的杠杆

10. 下列情况中,人对物体做功的是( )

A. 举重运动员举着杠铃不动接受记者照相

B. 人提着重物沿水平路面匀速前进

C. 人用力推车同时车沿力的方向在水平地面上运动

D. 小孩用力搬石头,未能搬动

*11. 小华同学骑着自行车在平直公路上以正常速度匀速行驶时的功率约为70W,则他骑车时所受阻力约为( )

A. 2 000N B. 200N C. 20N D. 2N

12. 机械效率越高,表示( )

A. 做的功越多 B. 做功的本领越大

C. 越省力 D. 有用功与总功的比值越大

13. 小明和爸爸一起去登山,登到山顶时,小明用了20min,爸爸用了25min,爸爸的体重是小明的1. 5倍,则小明与爸爸的登山功率之比为( )

A. 5:6 B. 6:5 C. 15:8 D. 8:15

14. 如图5所示的动滑轮,把重400N的物体匀速提高2m,所用的拉力为250N,则这个动滑轮的机械效率是 ( )

A. 62.5% B. 80% C. 53.5% D. 20%

三. 作图题(每题3分,共6分)

15. 利用图6所示的滑轮组,用300N向下的拉力将重为900N的物体匀速提升到高处,请画出滑轮组上绳的绕法. (绳、滑轮的自重及摩擦不计)

16. 在图7中,F1是动力,F2是阻力,O是支点. 请在图中画出F1、F2的力臂,并分别用l1和l2表示。

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四. 实验探究题

*17. 在做“研究杠杆平衡条件”的实验时,应该使杠杆在. 若杠杆静止在图8所示的位置,可将右端的螺母向 适当调节. 杠杆平衡后,在a点挂3个50g的钩码,在b点应挂 个50g的钩码,才能使杠杆恢复平衡 。

18. 在做“测滑轮组机械效率”的实验中,如果没有刻度尺,只要测出钩码重为G,然后 拉动弹簧测力计,使钩码_________升高,从弹簧测力计读出拉力值F,根据h和S的关系 ,就可算出机械效率η= 。

19. 在研究“杠杆的平衡条件”的实验中,有一组同学猜想杠杆的平衡条件可能是“动力+动

于是,他们认为自己的猜想得到了验证。你认为他们的实验过程中存在什么问题?

五. 分析计算题

20. 如图9所示,独轮车车斗和车内的煤受到的总重力为900N,可视为作用于A点,车轴为支点O,将车把抬起时,作用在车把上向上的力为多少?

**21. 一辆汽车不小心开进了泥潭中,司机取来一套滑轮组欲将汽车从泥潭中拉出,如图10所示。若车重为8×l04N,汽车受到的阻力为车重的0.03倍,滑轮组的机械效率为80%,问:

(1)该司机至少需用多大的力才能将汽车从泥潭中拉出?

(2)若拉动汽车时,汽车前进的速度为0.1m/s,则司机做功的功率是多少?

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【试题答案】

一、填空题

1. A、B、费力

2. 200N、100N

3. 100、0J、10

4. 392N

5. 不能、600N

6. 130N、 80、 89.74% 增大

提示:此滑轮组由3段绳子负担,额外功是克服动滑轮的重力所做的功,这样代入公式即可求解。

二、选择题

7. C

8. C

提示:根据杠杆平衡条件公式求得。

9. B 10. C 11. C 12. D

13. A

提示:由公式P=Gh/t求得。

14. B

三、作图题

15. 提示:从动滑轮的钩子上开始绕起。

16. 提示:l1 已经画出,只要加一个直角符号和l1就行,l2 仿照l1画就行。在知识点1的讲解中也有涉及。

四、实验探究题

17. 水平、右、4

18. 竖直匀速、S=nh、G/nF

提示:n代表绳子的段数,根据机械效率的公式可推得结果。

19. 没有多次实验找出普遍规律,一次实验数据的分析存在偶然或错误。

五、计算题

20. 解:由杠杆平衡条件得:Fl1=Gl2

1m=900N×0.3m F×

F=270N

21. 解(1)η=W1/W2=0.03G/4×F=80%

0.03×8×l04 /4×F=80%

F=750N

(2)P=Fv

P=750N×4×0.1m/s=300W

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